[發明專利]具有改進的耐刮擦性和熱傳導性能的陶瓷涂層

有效

• 申請號: 201310524429.6
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103785601A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 讓-路克·佩里萊恩;奧里萊恩·迪邦謝;勞倫特·卡莉耶
• 申請（專利權）人: SEB公司
• 主分類號: B05D7/14
• 分類號: B05D7/14;C04B35/624
• 代理公司: 北京萬慧達知識產權代理有限公司 11111
• 代理人: 段家榮;段曉玲

本發明通常涉及通過溶膠-凝膠方法所獲得的陶瓷涂層，其能夠不借助于熔合的可能來生產玻璃質材料，所述的陶瓷涂層打算施用到金屬載體。

本發明還涉及生產所述的涂層的方法以及涉及包含至少一層這樣的涂層的制品，所述的制品可以是廚房用具制品、鐵底板、頭發平滑化熨燙板或者甚至家用器具的蓋子。

用陶瓷涂層在本發明的含義中表示通過溶膠-凝膠方法，由液體相前體基溶液形成的合成涂層，該溶液通過一組化學反應(水解和縮合)在低溫轉化成固體。因此獲得的涂層可以是有機-無機的或者完全無機的。

在本發明的含義中用有機-無機涂層表示這樣的涂層，其的網絡基本是無機的，但是包含有機基團，這具體歸因于所用前體的性質和涂層的固化溫度。

在本發明的含義中用完全無機的涂層表示由完全的無機材料組成的涂層，沒有任何有機基團。這樣的涂層還可以通過溶膠-凝膠方法，在至少400℃的固化溫度獲得，或者由四乙氧基硅烷(TEOS)類型前體，使用可以低于400℃的固化溫度來獲得。

這些陶瓷涂層目前在廚房用具制品領域具有重要發展，和特別是作為覆蓋廚房用具制品的內或者外表面的涂層。此外，它們具有可以獲得特別的耐溫度性著色涂層和具有易于清潔性的優點。

這樣的涂層通常是通過將硅基金屬烷氧基化物例如硅烷或者鋁基金屬烷氧基化物如鋁酸鹽相組合來獲得的，并且可以施涂到金屬基底如鋁、鑄鋁或不銹鋼上。

但是，這些溶膠-凝膠涂層在金屬載體上具有有限的耐機械性，和/或由于它們的熱絕緣性而不允許最佳的熱傳導。實際上，在例如廚房用具制品的情況中，提供到所述制品的部分的能量是在該絕緣涂層中耗散的，而非直接傳遞到待烹制的食物。此外，使用不導熱或者差的導熱的溶膠-凝膠涂層，在與加熱體接觸的區域會觀察到對烹制品質不利的熱點的局部形成。

不過，基本的是能夠具有在大于200℃耐熱的涂層，其在它們的最終用途中以均勻和有效的方式傳熱，并且其另外是機械上耐使用損傷的(刮擦、研磨…)。

為了解決這樣的問題，本領域技術人員通常將考慮使用微米尺寸的常規金屬填料。但是，這些填料具有高密度，這使得它們懸浮困難，并且產生了在含有它們的配料中快速傾析的風險。

因此本申請人尋求通過混入具有低容積密度和高熱導率的填料，來解決這個密度問題。金剛石和立方體氮化硼顆粒滿足這兩個限制，并且它們在通過溶膠-凝膠方法獲得的陶瓷涂層中的應用是本領域技術人員已知的。

因此，美國專利US6939908教導了在由前體例如烷氧基硅烷通過溶膠-凝膠方法所獲得的透明的陶瓷涂層中使用直徑0.05μm-20μm的耐磨顆粒聚集體類型，來改進涂層耐變形性，以及使用直徑小于0.1μm的陶瓷納米顆粒，來提高涂層透明度。用于塑性基底的透明涂層主要打算用于眼科類型、機動車玻璃或者飛機駕駛艙應用。這樣的涂層也可以施用到金屬基底上，來改進它們的硬度和耐腐蝕性。

此外，專利申請US2011/0127461描述通過溶膠-凝膠方法所獲得的熱導性組合物，其由聚硅氧烷基質組成，其中分散有尺寸為0.003-50μm的無機顆粒例如氮化硼或者金剛石顆粒，該顆粒和基質化學結合的。歸因于它們的高熱導率，該金剛石或者CBN顆粒有利于熱在更熱絕緣的聚硅氧烷基質中的傳遞。

該溶膠-凝膠涂層的厚度是200-500μm。它們由非常厚的涂層組成，打算用于電子功率領域，作為用于密封和保護半導體元件的材料。耐機械性不是這些類型涂層的目標。

具體的，在厚涂層下確保熱傳導所必需的高顆粒含量產生了高的碎片風險，其對于硬機械要求電子應用是可接受的，但是對于廚房用具應用是不可接受的，廚房用具經歷了持續的機械侵蝕(沖擊、研磨、重復的震動)。

但是，這些文獻教導的溶膠-凝膠涂層不可能解決本發明的技術問題，其組成在于共同的和有效的改進低厚度(特別是小于100nm)溶膠-凝膠涂層的耐機械性和它在使用過程中的熱均勻性。

為了解決這個問題，本申請人已經通過溶膠-凝膠方法開發了陶瓷涂層，其中存在著低容積密度(小于3.9g/cm³)的顆粒，同時具有良好的熱導率性能。

本發明因此涉及陶瓷涂層，其打算施用到金屬載體，并且處于厚度2-100μm的至少連續膜的形式，所述涂層包含基質，其包括至少金屬聚烷氧化物和其中分散的直徑是0.01-50μm的顆粒，這些顆粒是這樣的材料，其的熱導率等于或者高于10W.m^-1.K^-1和容積密度最大是3.9g/cm³。